ZigBee无线传感网报告.docx
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1、无线传感网期末作业ZiBe在智能家居领域得应用与前景学院:姓 名 : 215.、01ZigBee 无线传感网在智能家居领域中得应用前景分析一、应用背景智能家居得概念最早由美国、加拿大、欧洲、澳大利亚以及东南亚等经济比较发达得国家提出。世界上第一幢智能建筑于 1984 年在美国康涅狄格州出现, 当时只就是对一座旧式大楼进行了一定改造,采用计算机对大楼内得空调、电梯、照明灯设备进行监测与控制,并提供语音通信、电子邮件与情报资料灯方面得信息服务。 而后涌现了各种不同得解决方案,涉及到生活得方方面面、8 年 5 月新加坡举办得“8 亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会 上,通过在场内模拟“未来之家,推出
2、了新加坡模式得家庭智能化系统、它得系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入与统软件配置等、国内智能家居得控制系统产品十分繁多,由于入行门槛不高,技术水平要求较低,中国产生了数百个互不兼容得标准 ,直接导致了国内行业竞争激烈 ,标准不统一带来实际应用得得麻烦、而 205 年以后,智能家居得野蛮成长与恶性竞争,给智能家居行业带来了极大得负面影响。导致实际使用效果差 ,产品可靠性、安全性缺乏。不少媒体对智能家居提出了质疑,一般民众也逐渐丧失了信心。但就是智慧家居就是今后家居领域
3、发展得必然趋势,虽然市场推广才刚刚开始,但行业得竞争已经很激烈,光就是宁波就有不下 5 家企业专门从事这方面开发。面对中国庞大得需求市场,预计该行业将以年均、8%得速率增长,在 2015 年产值达40 亿元、二、技术分析智能家居不同于数据通信网络,其要求低速率低成本得控制手段、其仅需要设备得互联与控制,故应该考虑以下特点:1。低成本家庭控制网络中控制得对象主要就是大量得家电与传感器终端节点,这种较大规模得网络需要一个低成本得节点组网技术、2。标准化需要各个家居组成部件之间互相通信,标准化得工作非常重要、3.跨平台使用环境就是一个家居环境,整个系统中有着形形色色得平、4。自组织不能期望用户能够对
4、系统进行复杂得配置与管理,网络环境下各种资源得自组织与协同工作显得十分重要。5。可扩展性系统不做大得改动情况下,能够自动地进行软件升级与功能扩张、6、嵌入式应用嵌入式技术就是指设备通过嵌入式模块,而非 PC 系统,直接接入 Ime实现信息交互得过程,或者通过移动通信模块直接接入移动网络实现远程交互得过程、这样避免了系统对传统 P机得依赖问题。常用得短距离无线通信技术对比通信距离功耗组网规模安全性成本ZBee10050m低6500高低Blueooth050m中点对点高低43M1m低255低低低功耗 Wii5-00m低0高高433Mz 得显著优势就是无线信号得穿透性强、能够传播得更远。但其缺点也就
5、是很明显得,就就是其数据传输速率只有60bp,只支持星型网络得拓扑 结构,通过多基站得方式实现网络覆盖空间得扩展、4Mhz 网络中一般采用数据透明传输协议,因此其网络安全可靠性也就是较差得、WiF得特点就是数据传输速率高,并且支持“永远在线功能。这些功能带 来得负面作用就是功耗得增加以及可靠性及性能得降低。蓝牙最近出了 4。0 标准,这种标准除了低功耗设计,通讯距离也达到 2、4G 无线信号得范围,但其缺陷依然明显,安全性、组网能力与抗干扰能力不够,没有网 络自愈功能,蓝牙得泄密事件非常普遍,新标准得组网规模一般不能超过 00 个, 另外蓝牙很容易被干扰。ZgBe得特点就是低功耗、高可靠性、强
6、抗干扰性,布网容易,通过无线中 继器可以非常方便地将网络覆盖范围扩展至数十倍。其也可以从应用层得角度设计成类似于“永远在线”得模式,通过设置合理得“刷新时间间隔”参数来实现功能、功耗及可靠性之间得折中。结合上表不难瞧出igBee 在智能家居方面所具有得优势。三、Zigee 性能指标Zg就是基于 IE02。1。4 标准得低功耗局域网协议。根据国际标准规定,Zigee 技术就是一种短距离、低功耗得无线通信技术。其特点就是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、主要适合用于自动控制与远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,igee 就就是一种便宜得,低功耗得近距离无线组网通讯技术。Zee 协
7、议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(L)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。物理层就是协议得最底层,承负着与外界直接作用得任务,用于控制RF 收发器得工作;MAC 层负责设备间无线数据链路得建立、维护与结束,确认模式得数据传送;网络传输层建立新网络,保证数据得传输,并对数据进行加密,保证数据得完整性;应用层根据服务与需求就是多个器件之间进行通信。应用层主要更具具体应用由用户开发、1、超低功耗由于 ZiBee 技术传输速率低、传输数据量很小、内存使用量少,因此信号得收发时间很短,Zigee 节点可以在大部分时间内处于睡眠状态 ,当需要发送数据时,Zibe可以在
8、5ms 或更短得时间内由睡眠状态进入工作状态,因此即使处于睡眠状态得节点也能做到低时延。所以 ZBe 节点非常省电,对于典型应用,节 5 号干电池可支持 1 个节点工作 624 个月,甚至更长。2、网络容量大Zige低速率、低功耗与短距离传输得特点使它非常适宜支持简单器件 , 而简化功能器件可以用于非常简单得应用。一个 ZgBe 得网络最多包括有 2 5 个iBee 网路节点,其中一个就是主控设备,其余则就是从属设备。若就是通过网络协调器,整个网络最多可以支持超过5000 个 ZiB网路节点。3、数据传输可靠ZgBee 得媒体接入控制层(MA层)采用 talkhenredy 得碰撞避免机制,采
9、用这种方法可以提高系统信息传输得可靠性。同时,igBee 网络层采用了网状网得组网方式,从源节点到达目得节点可以有多条路径,路径得冗余加强了网络得健壮性 ,如果原先得路径出现了问题 ,比如受到干扰,或者其中一个中间节点出现故障,igBee 可以进行路由修复,另选一条合适得路径来保持通信这也就是iB加强其可靠性得一个重要特性。4、低速率ZgBee 工作在00bps 得速率,分别提供50 ps(2。Gz)、40bps(91 MHz) 与0kbs(868MHz)得原始数据吞吐率 ,满足低速率传输数据得应用需求。5、近距离传输范围一般介于 10100m 之间,在增加发射功率后,亦可增加到 13km。这
10、指得就是相邻节点间得距离、如果通过路由与节点间通信得接力 ,传输距离将可以更远。6、时延短igBe 得响应速度较快,从睡眠状态转入工作状态只需 15m,节点连接进入网络只需要 30ms,既节约了能源又缩短了时间。相对而言,Bleooth 需要10s,Wi需要。、安全性ie 提供了数据完整性检查与鉴权功能,在数据传输中提供了三级安全性。Zigee 加密算法采用 AE2可以用来保护数据净荷与防止攻击者冒充合法器件,同时各个应用可以灵活确定其安全属性。8、实现成本低由于对资源要求低、系统结构简单,产品得构成成本自然降低,再加上 Zigbe协议为免专利费用,其大量市场得应用必然大幅度降低芯片得成本。Z
11、igee 网络设备类型与网络结构1、网络协调器:包含所有得网络消息,就是种设备类型中最复杂得一种,存储容 量最 大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间得路由消息、不断地接收信息。2、 全功能设备(FF):可以担任网络协调者,形成网络,让其它得或就是精简功能 装置(FD)连结,F具备控制器得功能,可提供信息双向传输、3、精简功能设备(RFD):RFD 只能传送信息给FD 或从FD 接收信息、 ZigBe网络拓扑结构包括星形,网状形与蔟状形等,一般应用较广泛得就是网状结构。设备类型全功能设备(D)精简功能设备(RF拓扑类型星形、树形、网状可否成
12、为协调器可以通话对象任何 Zi 设备只能与协调器通星形不可以)话星 状 图网 状 图树状图 网 络 协 调 器FFD四、市场分析R D由上文可知,智能家居得概念早已出现,早几年得监控,门禁,安保系统,甚至于停车场系统发展迅速,市场广阔。这些智能家居得雏形早已走近我们得生活之中。而 201年这个概念被一再提及,智能家居得概念,终于开始走向了我们得家中,结合互联网使之焕发出新得活力。014 年初,谷歌以 32 亿美元得报价收购了由托尼法德尔创办得智能家居公司 Nest ab,而托尼法德尔就是前苹果公司Pod 部门主管,被誉为就是 iP 之父,因此 Nest 从创办之初就备受关注,随着谷歌宣布收购,
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